شبیه سازی انتشار پتانسیل عمل در گیاهان
چکیده
پتانسیل عمل به عنوان یکی از پاسخهای اولیه گیاه در پاسخ به فاکتورهای محیطی مختلف در نظر گرفته می شود. درک مکانیزمهای انتشار پتانسیل عمل نیازمند ارزیابی ها و شبیه سازیهای آزمایشگاهی است. با این وجود یک مدل ریاضی دقیق از انتقال پیام الکتریکی در گیاهان وجود ندارد. در اینجا مدل ریاضی از انتشار پتانسیل عمل در گیاهان مورد بررسی قرار گرفته است. مدل یک سیستم دو بعدی از سلولهای تحریک پذیر است. هر کدام از آنها از نظر الکتریکی با چهار سلول مجاور جفت می شوند. پراکندگی یون بین سلول تحریک پذیر ناحیه آپوپلاست نیز مورد بررسی قرار گرفت. تولید پتانسیل عمل در یک سلول بر اساس مدل قبلی ما انجام می شود. این مدل بخوبی قادر به شبیه سازی انتقال پیام فعال و غیر فعال است. این مدل برای تحلیل تئوریک تاثیر هدایت الکتریکی سلول به سلول و فعالیت H+-ATPase بر انتقال پیام در گیاهان است. افزایش هدایت الکتریکی از سلولی به سلول دیگر مشخص شد تا شبیه سازی افزایش ضریب طولی، پتانسیل عمل سرعت تاثیر و آستانه دمایی اجام شود، درحالیکه آستانه پتانسیل غشا کمی تغییر می کند. مشخص شده است که افزایش فعالیت H+-ATPase موجب القای افزایش دما و پتانسیلهای آستانه غشایی و کاهش ضریب طولی و سرعت پتانسیل انتشار عمل می شود.
مقدمه
ایجاد و انتشار پتانسیل عمل (AP) یکی از اولین و اکنشهای گیاه در برایر محرکهای مختلف محیطی است. AP تغییراتی را در فرایندهای فیزیولوژیکی مانند فتوسنتز، تنفس، انتقال آوندی، بیان ژن و غیره ایجاد میکند (Fromm and Spanswick,1993; Fromm and Bauer, 1994; Stankovic and Davies, 1996;Stankovic et al., 1998; ulychev et al., 2004; Fromm and Lautner,2007; Krupenina and Bulychev, 2007; Pyatygin et al., 2008; rams et al., 2009). با این وجود، روش انتقال سیگنال الکتریکی به پاسخهای عملی هنوز هم ناشناخته است. درک مکانیزمهای تولید و انتشار AP می تواند موجب سهولت در حل این مشکل شود. بر اساس مفهوم فعلی، تولید AP با جریانهای فعال ca2+، cl- و K+ در ارتباط است (Fromm and Spanswick, 1993; Fromm and Bauer, 1994; Samejima and Sibaoka, 1982; Opritov and Retivin, 1982; Felle and Zimmermann,2007). غیر فعال شدن برگشت پذیر H+-ATPase نیز احتمالاً در تولید AP درگیاه عالی (Opritov et al.,2002; Vodeneev et al., 2006) مانند یک واکنش الکتریکی در جلبک Acetabularia (Gradmann, 1976; Mummert and Gradmann,1991) شرکت میکند.
abstract
Action potential is considered to be one of the primary responses of a plant to action of various environmental factors. Understanding plant action potential propagation mechanisms requires experimental investigation and simulation; however, a detailed mathematical model of plant electrical signal transmission is absent. Here, the mathematical model of action potential propagation in plants has been worked out. The model is a two-dimensional system of excitable cells; each of them is electrically coupled with four neighboring ones. Ion diffusion between excitable cell apoplast areas is also taken into account. The action potential generation in a single cell has been described on the basis of our previous model. The model simulates active and passive signal transmission well enough. It has been used to analyze theoretically the influence of cell to cell electrical conductivity and Hþ-ATPase activity on the signal transmission in plants. An increase in cell to cell electrical conductivity has been shown to stimulate an increase in the length constant, the action potential propagation velocity and the temperature threshold, while the membrane potential threshold being weakly changed. The growth of Hþ-ATPase activity has been found to induce the increase of temperature and membrane potential thresholds and the reduction of the length constant and the action potential propagation velocity.
1. Introduction
Action potential (AP) generation and propagation are considered to be one of the primary responses of a plant upon the actions of various environmental factors. AP induces a number of changes in physiological processes such as photosynthesis, respiration, phloem transport, gene expression and others (Fromm and Spanswick, 1993; Fromm and Bauer, 1994; Stankovic and Davies, 1996; Stankovic et al., 1998; Bulychev et al., 2004; Fromm and Lautner, 2007; Krupenina and Bulychev, 2007; Pyatygin et al., 2008; Grams et al., 2009). However, the way of electrical signal transformation into functional responses is still unclear. The understanding of AP generation and propagation mechanisms can facilitate the solution of this problem. According to the current concept, the generation of AP is associated with passive fluxes of Ca2þ, Cl and Kþ (Fromm and Spanswick, 1993; Fromm and Bauer, 1994; Samejima and Sibaoka, 1982; Opritov and Retivin, 1982; Felle and Zimmermann, 2007). Reversible inactivation of the Hþ-ATPase also possibly participates in the higher plant AP generation (Opritov et al., 2002; Vodeneev et al., 2006) like an electrical response in alga Acetabularia (Gradmann, 1976; Mummert and Gradmann, 1991).
چکیده
1.مقدمه
2. مدل
2.1 مدل ایجاد پتانسیل عمل
2.2. مدل انتشار پتانسیل عمل
2.3. شبیه سازی سرمای تدریجی
2.4. حل عددی معادلات مدل
3. نتایج و بحث
3.1 تاثیر هدایت الکتریکی سلول به سلول و فعالیت غشای پلاسمایی بر پتانسیل غشایی بدون تحریک
3.2 شبیه سازی انتشار سیگنال الکتریکی فعال و غیر فعال
3.3. تاثیر هدایت الکتریکی سلول به سلول و فعالیت غشای پلاسمایی بر انتشار فعال سیگنال الکتریکی
4. نتیجه گیری
abstract
1. Introduction
2. The model
2.1. The action potential generation model
2.2. The action potential propagation model
2.3. Gradual cooling simulation
2.4. Numerical solution of model equations
3. Results and discussion
3.1. Influence of cell to cell electrical conductivity and plasmalemma Hþ-ATPase activity on the membrane potential without stimulation
3.2. Simulation of the passive and active electrical signal propagation
3.3. Influence of cell to cell electrical conductivity and plasmalemma Hþ-ATPase activity on the passive electrical signal propagation
3.4. Influence of cell to cell electrical conductivity and plasmalemma Hþ-ATPase activity on the active electrical signal propagation
4. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه